静电纺纳米纤维复合超滤膜的制备及过滤性能研究
薄层纳米复合(TFC)超滤膜因其水通量高、截留率高、过滤性能稳定等优势而广泛应用于油性废水净化、蛋白质分离等各个领域。然而，超滤膜的抗污染能力、选择性分离效果、以及膜面机械强度等仍然需要大幅度提高，以适应实际生产的需要。本论文以纳米纤维素复合聚丙烯腈(PAN)为过滤层，静电纺丝PAN纳米纤维作为支撑层沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布上来制备具有高通量、高抗污染能力的纳米纤维复合超滤膜。通过红外(ATR)、热重分析(TGA)和X射线能谱(EDX)研究了纳米纤维复合超滤膜的化学组成;同时通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)扫描观察膜的表面和截面形貌。机械性能的测试证实了在过滤层中形成互穿的纳米纤维-聚合物网络结构，很大程度上增强了复合膜的机械强度，而水接触角的测试表明纳米纤维复合膜的亲水性随着纳米纤维素在过滤层组分的增加而增加。于是，我们对所制备的纳米纤维复合超滤膜进行了蛋白质选择性分离的研究。使用交错流过滤系统，对蛋白质BSA、多肽FP和SP分别进行过滤和分离，研究了具有不同纳米纤维素与PAN的组成比的纳米纤维复合膜的超滤性能。结果表明，在膜的复合过滤层中采用0.10wt％的纳米纤维素实现了最高的纯水通量1508L/m2h/MPa，这可能是纳米纤维素与PAN聚合物复合，在二者的复合界面形成连续的水通道，促进了水分子在过滤层中的传输所致。用葡聚糖作为标记物测定这些膜的截留分子量(MWCO)发现，膜的最大孔径在28.6至46.0nm的范围内变化。进一步使用具有不同分子量的蛋白质BSA和多肽FP、SP混合物测试纳米纤维复合膜的过滤选择性，其中实现147.1L/m2h高渗透通量和98.4％高截留率最佳效果;同时实现对蛋白质和多肽的高选择性，表明该膜安全适用于蛋白质的分级分离。为了深入研究纳米纤维复合膜的防污性能，我们将该膜的过滤效率与相似孔径的商业超滤膜（UN100、US050、UE050）进行了比较，根据渗透通量和截留率对过滤效率进行了评估，纳米纤维复合超滤膜的渗透通量比商业UF膜的渗透通量高2-3倍，而截留率保持在99.6％，说明该纳米纤维复合膜除了对蛋白质有高度选择性分离外，还可以作为工业废水处理的良好选择。
复合超滤膜;纳米纤维素;静电纺丝;过滤性能
北京化工大学
硕士
材料工程
马洪洋;张秀芳
2020
中文
TB383
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）